第一篇第二十七章DNA的微型外科手术——基因工程
人们很想培养出像海带那样耐盐的作物品种，想得到不用施肥、自己能固氮的麦子和水稻，
还想培养出像《封神榜》中哮天犬一样可以飞翔的小狗——这些想法，似乎可笑，但基
因工程的崛起，打破了生物中种属之间的鸿沟，为我们开辟了一条通向理想境界的道路。
随着分子生物学的发展，20世纪70年代诞生了一门全新的技术——基因工程。所谓基因工
程，是把一种生物的基因送到另一种生物的细胞内，并使它可以得到复制和表达，这样，接
受基因的生物就具有了提供基因的生物的某种性状。例如，把人产生胰岛素的基因
送入大肠杆菌细胞，结果这种大肠杆菌可以产生出人胰岛素；把菜豆的某种基因送入向日葵
细胞，结果这种向日葵产生了菜豆的某种蛋白质。可以说，用基因工程改造过的生物，都
自然界中原先不曾有过的“怪物”。
基因工程按照预先设计的程序，将一种生物具有的控制某种遗传特性的DNA中的某个遗传密
码片断分离出来，再连接到另一种生物的DNA链上去，将DNA重新组织，从而设计出新的遗传
物质，继而创造出新的生物类型。基因工程其实就是在做外科手术，只是它的对象是DNA—
—直径只有五百万分之一厘米的微小分子。
基因工程的两件法宝
“工欲善其事，必先利其器。”外科医生给一个病人进行手术，他必须拥有一把锋利的
手术刀，才能将病人的病患部位切除；手术后，他必须将病人的伤口进行缝合，这时，缝合
线也是必不可少的。基因工程科学家要从事基因工程技术，也需要工具，也需要“手术刀”
——限制性核酸内切酶和“缝合线”——连接酶。
进行基因工程，首先要设法得到我们所需要的目的基因。一个基因一般只占DNA大分
子中的一小段，在它们身上进行“手术”是非常困难的，那么用什么手段才能把这个基因从
DNA分子中剪裁下来呢？科学家想到，只要找到一把合适的剪裁工具，就可以解决问题。幸
运的是，生物本身为我们准备了这个工具，这就是限制性内切酶。1968年，沃纳？阿尔伯博
士、丹尼尔？内森斯博士和汉密尔？史密斯博士第一次从大肠杆菌中提取出了限制性内切酶
，它能够在DNA上寻找特定的“切点”，认准后将DNA分子的双链交错地切断。人们把这种限
制性内切酶称为“分子剪刀”。这种“分子剪刀”可以完整地切下个别基因。70年代以来
，人们已经分离提取了 400多种“分子剪刀”。有了形形色色的“分子剪刀”，人们就可以
随心所欲地进行DNA分子长链的切割了。这就是“分子剪刀”——限制性内切酶。它能够在D
NA上寻找特定的切点，认准后将DNA分子的双链交错地切开。
DNA的分子链被切开后，还得缝接起来以完成基因的拼接。1976年，科学家们在5个实验室里
乎同时发现并提取出一种酶，这种酶可以将两个DNA片段连接起来，修复好DNA链的断裂口。
1974年以后，科学界正式肯定了这一发现，并把这种酶叫作DNA连接酶。从此，DNA连接酶就
成了名副其实的“缝合”基因的“分子针线”。只要在用同一种“分子剪刀”剪切的两种 D
NA碎片中加上“分子针线”，就会把两种DNA片段重新连接起来。
生命的“运载火箭”
人造卫星进入太空需要运载火箭，而基因工程中把“拼接”好的DNA分子运送到受体细胞中
去，必须寻找一种分子小、能自由进出细胞，而且在装载了外来的DNA片段后仍能照样复制
的运载体。在基因工程中，把外源基因送入受体细胞的“运载火箭”是质粒和噬菌体。
噬菌体是一种侵袭细菌的病毒，前面已经有过介绍。那么什么是质粒呢？质粒就是寄生在细
菌细胞内，并且能够转移至其他细胞的因子。细菌质粒是存在于细菌染色体之外的小环状DN
A分子，它能独立自主地进行复制，并在细胞分裂时能恒定地传递给子代细胞。就细胞的生
存来说，质粒是可有可无的。因为质粒也带有某些遗传信息，所以质粒的存在也会赋予细胞
某些新的遗传性状。
基因工程三部曲
第一，剪裁目的基因和运载体。
进行这一操作的关键在于“手术刀”的型号必须相同，即用同一种限制性内切酶，分别对运
载体和供体的目的基因进行切割，这样，目的基因和运载体具有相互吻合的黏性末端。
第二，目的基因和运载体结合。
由于目的基因与其载体具有互补的黏性末端，当二者混合时，它们便会根据碱基互补原则组
合成环状重组DNA分子，剩下的两个缺口用DNA连接酶连接起来，就构成了重组DNA分子。
第三，重组DNA分子进入寄主和表达。
目的基因随重组DNA分子进入寄主后，如果该细胞不拒绝目的基因，并允许这种基因在
细胞内复制繁殖及表达它特有的遗传特性，则基因工程就算大功告成了。目的基因的导入过
程是肉眼看不到的。因此，要知道导入是否成功，事先应找到特定的标志。例如我们用一种
经过改造的抗四环素质粒作载体，将一种基因移入自身无抗性的大肠杆菌时，如果基因移入
后大肠杆菌不能被四环素杀死，就说明转入获得成功了。一种具有新遗传特性的新型生物就
从此诞生了。
